(57)【要約】【課題】  手作業での接続の切り替えを必要とせずに、被測定素子の電気特性の測定を精度よく行なう。【解決手段】  被測定素子（５０）の電気特性を測定するための第１の測定手段（２０）と、第２の測定手段（２２）と、第１の測定手段と第２の測定手段のいずれと被測定素子が電気的に接続されるかを切替える切替手段（１２）と、切替手段を制御する制御手段（２０２）とを備え、切替手段は、第１の測定手段を被測定素子に電気的に接続する第１の配線構成と、第２の測定手段を被測定素子に電気的に接続する第２の配線構成とを、相互に切り替えるスイッチを有している。切替手段は、第１の測定手段および第２の測定手段よりも被測定素子に近い位置において被測定素子に電気的に接続するようにされている。【選択図】        図３
2005300495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子である被測定素子の第１の電気特性を測定するための第１の測定手段と、
該被測定素子の第２の電気特性を測定するための第２の測定手段と、
前記第１の測定手段と前記第２の測定手段のいずれと前記被測定素子が電気的に接続されるかを切替える切替手段と、
該切替手段を制御する制御手段と
を備え、
前記切替手段は、前記第１の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第１の電気特性の測定に適合する第１の配線構成と、前記第２の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第２の電気特性の測定に適合する第２の配線構成とを、前記制御手段からの制御信号に基づいて相互に切り替える少なくとも一つのスイッチを有しており、
前記切替手段は、前記第１の測定手段および第２の測定手段よりも前記被測定素子に近い位置において前記被測定素子に電気的に接続するようにされている、半導体素子特性測定装置。
【請求項２】
前記切替手段は、前記被測定素子を流れる微少電流を検出する微少電流検出手段をさらに含み、
前記切替手段は、前記第１の配線構成と前記第２の配線構成と第３の配線構成とを前記制御手段からの制御信号に基づいて相互に切り替えるものであり、
前記第３の配線構成は、前記第１の測定手段または前記第２の測定手段の少なくともいずれかと前記微少電流検出手段とを電気的に接続し、前記微少電流検出手段と前記被測定素子とを電気的に接続し、前記被測定素子の微少電流の測定に適合するものである、請求項１に記載の半導体素子特性測定装置。
【請求項３】
前記第１の配線構成は、前記第１の測定手段と前記被測定素子とを電気的に接続する際に、前記第１の測定手段から前記被測定素子までの信号経路に、該信号経路に対応している前記被測定素子から前記第１の測定手段までの帰還経路を随伴しているものであり、
前記第２の配線構成は、前記第２の測定手段と前記被測定素子とを電気的に接続する際に、前記第２の測定手段から前記被測定素子までの信号経路に、該信号経路に対応している前記被測定素子から前記第２の測定手段までの帰還経路を随伴しているものである、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記切替手段は、前記被測定素子の有る端子に接続される第１の信号経路に含まれている第１の切替部と、前記被測定素子の他の端子に接続される第２の信号経路に含まれている第２の切替部とを有しており、
前記第１の切替部と前記第２の切替部は、前記制御手段によって制御されて連携して動作して、前記第１の配線構成と前記第２の配線構成とを相互に切替えるものである、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記第１の切替部と前記第２の切替部とが互いに接続可能な信号帰還用端子を有している、請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記制御手段は、第１の測定手段または前記第２の測定手段の少なくともいずれかの測定手段と共に配置され、前記切替手段を制御するものである、請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１の測定手段または前記第２の測定手段のいずれかまたは両方の動作と同期して前記切替手段が切替動作を行なうよう制御するものである請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項８】
前記第１の測定手段または前記第２の測定手段のいずれかに、インピーダンス測定器、パルス発生器、電流電圧特性測定装置からなる群のうち少なくともいずれかの機器が含まれている、請求項１または２のいずれかに記載の測定装置。
【請求項９】
半導体素子である被測定素子に接続され、制御手段からの切替信号を受けるようになされた切替手段と、
該切替手段に接続されたプリアンプと、
前記プリアンプに接続され、前記被測定素子の第１の電気特性を測定する第１の測定手段に接続可能にされた第１のコネクターと、
前記切替手段に接続され、前記被測定素子の第２の電気特性を測定する第２の測定手段に接続可能にされた第２のコネクターと
を備え、
前記切替手段は、前記第１のコネクターおよび前記プリアンプを介して前記第１の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第１の電気特性の測定に適合する第１の配線構成と、前記第２のコネクターを介して前記第２の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第２の電気特性の測定に適合する第２の配線構成とを、前記制御手段からの制御信号に基づいて相互に切り替える少なくとも一つのスイッチを有しており
前記プリアンプは、前記第１の測定手段への電流および／または電圧信号を増幅するものである被測定素子と測定装置の接続装置。
【請求項１０】
前記プリアンプが電流信号を増幅する微少電流増幅手段である、請求項９に記載の接続装置。
【請求項１１】
前記第１の配線構成は、前記第１の測定手段と前記被測定素子とを電気的に接続する際に、前記第１の測定手段から前記被測定素子までの信号経路に、該信号経路に対応している前記被測定素子から前記第１の測定手段までの帰還経路を随伴させたものであり、
前記第２の配線構成は、前記第２の測定手段と前記被測定素子とを電気的に接続する際に、前記第２の測定手段から前記被測定素子までの信号経路に、該信号経路に対応している前記被測定素子から前記第２の測定手段までの帰還経路を随伴させたものである、請求項９に記載の接続装置。
【請求項１２】
前記切替手段は、前記被測定素子の有る端子に接続される第１の信号経路に含まれている第１の切替部と、前記被測定素子の他の端子に接続される第２の信号経路に含まれている第２の切替部とを有しており、
前記第１の切替部と前記第２の切替部は、前記制御手段によって制御されて連携して動作して、前記第１の配線構成と前記第２の配線構成とを相互に切替えるものである、請求項９に記載の接続装置。
【請求項１３】
前記第１の切替部と前記第２の切替部とが互いに接続可能な信号帰還用端子を有している、請求項１２に記載の接続装置。
【請求項１４】
前記制御手段は、第１の測定手段または前記第２の測定手段の少なくともいずれかの測定手段と共に配置され、前記切替手段を制御するものである、請求項９に記載の接続装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記第１の測定手段または前記第２の測定手段のいずれかまたは両方の動作と同期して前記切替手段が切替動作を行なうよう制御するものである、請求項９に記載の接続装置。
【請求項１６】
前記第１の測定手段または前記第２の測定手段のいずれかに、インピーダンス測定器、パルス発生器、電流電圧特性測定装置からなる群のうち少なくともいずれかの機器が含まれている、請求項９〜１５のいずれかに記載の接続装置。
【請求項１７】
半導体素子である被測定素子を接続するための、第１のトライアキシャルコネクタおよび第２のトライアキシャルコネクタと、
前記被測定素子の電気特性を測定する測定手段と接続するための、第１の同軸コネクタ、第２の同軸コネクタおよび第３のトライアキシャルコネクタと、
第１の出力と第２の出力と第１の入力と第２の入力とを備えた微少電流検出手段であって、前記第１の入力に接続された抵抗器と、該抵抗器の両端の電圧を前記第１の出力および前記第２の出力に伝達するためのバッファアンプとを備えた微小電流検出手段と、
前記第１の同軸コネクタ、前記第２の同軸コネクタおよび前記第３のトライアキシャルコネクタを、第１の同軸コネクタ、第２の同軸コネクタおよび第３のトライアキシャルコネクタと接続される接続構成を切替える切替手段と、
該切替手段を制御する制御手段と接続可能な制御入力端子と
を有し、
前記切替手段は、前記制御入力端子を介した前記制御手段からの制御により、
交流測定のときには、前記第１および第２の同軸コネクタの芯線が互いに接続されて前記第１のトライアキシャルコネクタの芯線に接続され、前記第１および第２の同軸コネクタの外側シールド導体が、互いに接続されて、前記第１および第２のトライアキシャルコネクタにおける芯線および外側シールド導体の間にあるガード導体のそれぞれに接続されるように接続を確立し、
直流電圧電流測定のときには、前記第３のトライアキシャルコネクタの芯線が第１のトライアキシャルコネクタの芯線に接続され、第２のトライアキシャルコネクタの芯線が微小信号検出手段の前記第２の入力を介して第１の出力に接続され、第３のトライアキシャルコネクタのガード導体は、第１および第２のトライアキシャルコネクタのガード導体に接続されるように接続を確立し、
微小電流測定のときには、前記第１のトライアキシャルコネクタの芯線が微小電流検出手段の前記第１の入力に接続され、前記バッファアンプにより前記抵抗器の両端のそれぞれの電圧を第１および第２の出力として出力するように接続を確立するものである、接続装置。
【請求項１８】
第１および第２のトライアキシャルコネクタのガード導体が、どちらも前記電気特性を測定するのに必要な帰還経路に接続されていないときに、第１および第２の同軸コネクタの外側シールド導体を外部に接続するための信号帰還用端子をさらに備えている請求項１７に記載の接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロニクスデバイスの測定装置に関する。特に、集積回路素子やディスクリート電子回路素子の半導体素子特性の測定装置および測定の際の接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体などからなる集積回路素子やディスクリート電子回路素子などの被測定素子（または、被試験デバイス、以下「ＤＵＴ」という）の電気的特性を測定する装置として、図１や図２に示す関連技術が知られている。
【０００３】
図１は、プローブ装置を用いてＤＵＴ５０をプローブすることによって電気特性を測定する装置の従来例を示している。本従来例では、直流の電圧源、電流源、電圧計、電流計を統合し、任意の組み合わせで利用できるユニット（電流電圧特性測定装置、または、ソースモニタユニット、または、ソースメジャーユニット、以下「ＳＭＵ」という）２０や、インダクタンス、電気容量、抵抗を測定できるＬＣＲメータ２２や、ＤＵＴに印加するためのパルスを発生させるパルス発生器２４などの独立した装置を機器ラック２００にそれぞれ備えて、ＤＵＴの特定の電気接点等をプローブしているプローブ装置１００と上記各装置とを個別に測定ケーブルを用いて接続する。この従来例では、ＤＵＴ５０に対して異なる特性の測定を行なう場合には、ＤＵＴ５０の測定に用いる配線を作業者が手作業で取り替えて測定する。この例では、測定の種類ごとに適切な構成になるために、正確な測定が出来る利点を有するが、接続を手作業で切り替える必要があり、測定作業の効率が上がらないという問題点を有している。
【０００４】
図２は、他の従来例であり、ＳＭＵ２０、ＬＣＲメータ２２、パルス発生器２４等に、スイッチングマトリックス３００を組合わせて測定を行なう。本例においては、スイッチングマトリクス３００を適切に制御することにより、自動的に各種測定を行なうことが出来る。しかし、ＤＵＴ５０の電気特性を正確に測定することが困難となる問題点を有している。その他、特許文献１には、複数のＳＭＵをスイッチングマトリックスを介して接続することが記載されている。
【特許文献１】米国特許第６０６９４８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、手作業での接続の切り替えを必要とせずに、ＤＵＴの電気特性の測定を精度よく行なうことを目的とする。特に、本発明においては、限定するものではないが、複数の測定項目を切り替えるような一連の測定が対象となりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明者等は、スイッチングマトリクスを用いる場合には、切り替えを行なうスイッチングマトリクスがＤＵＴから遠くに配置され、このため、測定信号のリターン電流が時間遅れを生じたり、迂回して戻ってくる点に上記他の従来例における問題点の原因が有ることを見出した。また、帰還電流ルートが、他の測定手段の帰還ルートとつながってしまうことに上記他の従来例における問題点の原因があることを見出した。また、いわゆるケルビン接続を行なう際には、従来技術で使用されているマトリックスでは、構造上、測定ケーブルの外側シールド導体が信号切替マトリックスの入り口で接地されてしまい、マトリックス部の物理的形状が大きいため、マトリックスの出口からＤＵＴまでの接続ケーブルが長くなり、その部分のケーブルの抵抗、自己インダクタンス、相互インダクタンスが測定に影響を与えて上記他の従来例における問題が生じていることを見出した。
【０００７】
本発明においては、半導体素子である被測定素子の第１の電気特性を測定するための第１の測定手段と、該被測定素子の第２の電気特性を測定するための第２の測定手段と、前記第１の測定手段と前記第２の測定手段のいずれと前記被測定素子が電気的に接続されるかを切替える切替手段と、該切替手段を制御する制御手段とを備え、前記切替手段は、前記第１の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第１の電気特性の測定に適合する第１の配線構成と、前記第２の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第２の電気特性の測定に適合する第２の配線構成とを、前記制御手段からの制御信号に基づいて相互に切り替える少なくとも一つのスイッチを有しており、前記切替手段は、前記第１の測定手段および第２の測定手段よりも前記被測定素子に近い位置において前記被測定素子に電気的に接続するようにされている、半導体素子特性測定装置が提供される。
【０００８】
また、本発明においては、半導体素子である被測定素子に接続され、制御手段からの切替信号を受けるようになされた切替手段と、該切替手段に接続されたプリアンプと、前記プリアンプに接続され、前記被測定素子の第１の電気特性を測定する第１の測定手段に接続可能にされた第１のコネクターと、前記切替手段に接続され、前記被測定素子の第２の電気特性を測定する第２の測定手段に接続可能にされた第２のコネクターとを備え、前記切替手段は、前記第１のコネクターおよび前記プリアンプを介して前記第１の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第１の電気特性の測定に適合する第１の配線構成と、前記第２のコネクターを介して前記第２の測定手段を前記被測定素子に電気的に接続し前記被測定素子の前記第２の電気特性の測定に適合する第２の配線構成とを、前記制御手段からの制御信号に基づいて相互に切り替える少なくとも一つのスイッチを有しており前記プリアンプは、前記第１の測定手段への電流および／または電圧信号を増幅するものである被測定素子と測定装置の接続装置が提供される。
【０００９】
上記本発明による測定装置または接続装置を用いることにより、種々の電気特性を組合わせて、または切替えて測定することができる。例えば、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜における膜厚測定のための容量測定とゲート酸化膜のリーク電流測定、集積回路デバイスの配線要素における配線間容量測定と線間リーク電流測定、バイポーラトランジスタにおける接合容量測定とＩＶ特性測定、フラッシュメモリデバイスにおけるフローティングゲートの性能評価における複数の電気特性測定、集積回路デバイスにおけるストレス印加時の劣化特性を評価するための各種パルス印加時の特性測定等ができる。ＤＵＴの形態は、シリコン等のウエハに形成された集積回路素子や集積回路素子製造プロセス評価用のＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）や、集積されていないディスクリート素子（例えば、トランジスター素子）等である。集積回路等ではプローブ装置を用い、ディスクリート素子では固定器具（フィクスチャー）を用いることができる。
【００１０】
本発明による測定装置おいては、好ましくは、前記切替手段は、前記被測定素子を流れる微少電流を検出する微少電流検出手段をさらに含み、前記切替手段は、前記第１の配線構成と前記第２の配線構成と第３の配線構成とを前記制御手段からの制御信号に基づいて相互に切り替えるものであり、前記第３の配線構成は、前記第１の測定手段または前記第２の測定手段の少なくともいずれかと前記微少電流検出手段とを電気的に接続し、前記微少電流検出手段と前記被測定素子とを電気的に接続し、前記被測定素子の微少電流の測定に適合するものとすることができる。また、本発明による接続装置においては、好ましくは、プリアンプが電流信号を増幅する微少電流検出手段とすることができる。
【００１１】
微少電流を測定する場合に、切替手段や接続装置において微少電流を検知し、その微少電流に応じた伝送用信号を第１の測定手段等で測定すると、ノイズ等に弱い微少電流を検出するまでの経路が被測定素子と切替手段や接続装置との間に限定される。これにより、精度よく微少な電流の測定をする事が可能になる。
【００１２】
また、前記第１の配線構成は、前記第１の測定手段と前記被測定素子とを電気的に接続する際に、前記第１の測定手段から前記被測定素子までの信号経路に、該信号経路に対応している前記被測定素子から前記第１の測定手段までの帰還経路を随伴させたものであり、前記第２の配線構成は、前記第２の測定手段と前記被測定素子とを電気的に接続する際に、前記第２の測定手段から前記被測定素子までの信号経路に、該信号経路に対応している前記被測定素子から前記第２の測定手段までの帰還経路を随伴させたものとすることができる。
【００１３】
測定手段と被測定素子との配線構成は、測定手段が測定する特性に応じて有効な構成をとることができる。例えば、ソースモニタユニットではケルビン接続が有効であり、ＬＣＲメータによる測定では４端子対の構成が有効である。本発明においては、各接続手段が切替手段によって被測定素子に接続される場合にこれらの配線構成を有していることができる。これにより、切替手段によって接続を切替えた際にも、それぞれの測定手段に適した測定を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明による測定装置または接続装置において、前記切替手段は、前記被測定素子の有る端子に接続される第１の信号経路に含まれている第１の切替部と、前記被測定素子の他の端子に接続される第２の信号経路に含まれている第２の切替部とを有しており、  前記第１の切替部と前記第２の切替部は、前記制御手段によって制御されて連携して動作して、前記第１の配線構成と前記第２の配線構成とを相互に切替えるものとすることができる。
【００１５】
第１の切替部と第２の切替部は、被測定素子の異なる端子に接続される信号経路を切替えて、連携して切替手段として動作する。これにより、例えばプローブ装置などのように被測定素子の異なる端子ごとに探針をそれぞれ有していて、各針に印加される信号経路に各切替部を備えるようにできる。このように構成すると、例えばプローブ装置内の配線を最短にするような構成をとることができ、精度の高い測定が可能になる。
【００１６】
また、本発明による測定装置または接続装置において、前記第１の切替部と前記第２の切替部とが互いに接続可能な信号帰還用端子を有していることができる。
【００１７】
第１および第２の切替部の接地端子同士を繋ぐことにより、第１及び第２の切替部に共通となる接地電位が実現し、精度の高い測定が可能になる。
【００１８】
また、本発明による測定装置または接続装置において、前記制御手段は、第１の測定手段または前記第２の測定手段の少なくともいずれかの測定手段と共に配置され、前記切替手段を制御するものとすることができる。
【００１９】
これにより、第１の測定手段または第２の測定手段それ自体を制御するための制御手段を、切替手段を制御する制御手段として用いることが可能になり、簡便な構成で各制御手段と連携可能な構成を実現する事ができる。
【００２０】
また、本発明による測定装置または接続装置において、前記制御手段は、前記第１の測定手段または前記第２の測定手段のいずれかまたは両方の動作と同期して前記切替手段が切替動作を行なうよう制御するものとする事ができる。
【００２１】
例えば、第１の測定手段により測定を開始する際に、同期して切替手段の配線構成を第１の構成とし、第１の測定手段による測定を停止して第２の測定手段による測定を開始する際に、同期して切替手段の配線構成を第２の構成とすることができる。これにより、第１の測定手段と第２の測定手段による測定を適切に切替えることができる。
【００２２】
また、本発明による測定装置または接続装置において、前記第１の測定手段または前記第２の測定手段のいずれかに、インピーダンス測定器、パルス発生器、電流電圧特性測定装置からなる群のうち少なくともいずれかの機器が含まれていることができる。
【００２３】
インピーダンス測定器とは、例えば、インダクタンス（Ｌ）、キャパシタンス（Ｃ）、抵抗（Ｒ）を測定するＬＣＲメータなどである。また、ソースモニタユニット（ＳＭＵ）は、直流の電圧源、電流源、電圧計、電流計を統合し、任意の組み合わせにより利用できるユニットである。このような構成とすることにより、インピーダンス測定器、パルス発生器、ソースモニタユニットを用いた機器を用いて、測定精度を保ったまま、適切に切替えて測定を行なうことができる。
【００２４】
本発明においては、半導体素子である被測定素子を接続するための、第１のトライアキシャルコネクタおよび第２のトライアキシャルコネクタと、前記被測定素子の電気特性を測定する測定手段と接続するための、第１の同軸コネクタ、第２の同軸コネクタおよび第３のトライアキシャルコネクタと、第１の出力と第２の出力と第１の入力と第２の入力とを備えた微少電流検出手段であって、前記第１の入力に接続された抵抗器と、該抵抗器の両端の電圧を前記第１の出力および前記第２の出力に伝達するためのバッファアンプとを備えた微小電流検出手段と、前記第１の同軸コネクタ、前記第２の同軸コネクタおよび前記第３のトライアキシャルコネクタを、第１の同軸コネクタ、第２の同軸コネクタおよび第３のトライアキシャルコネクタと接続される接続構成を切替える切替手段と、該切替手段を制御する制御手段と接続可能な制御入力端子とを有し、前記切替手段は、前記制御入力端子を介した前記制御手段からの制御により、交流測定のときには、前記第１および第２の同軸コネクタの芯線が互いに接続されて前記第１のトライアキシャルコネクタの芯線に接続され、前記第１および第２の同軸コネクタの外側シールド導体が、互いに接続されて、前記第１および第２のトライアキシャルコネクタにおける芯線および外側シールド導体の間にあるガード導体のそれぞれに接続されるように接続を確立し、直流電圧電流測定のときには、前記第３のトライアキシャルコネクタの芯線が第１のトライアキシャルコネクタの芯線に接続され、第２のトライアキシャルコネクタの芯線が微小信号検出手段の前記第２の入力を介して第１の出力に接続され、第３のトライアキシャルコネクタのガード導体は、第１および第２のトライアキシャルコネクタのガード導体に接続されるように接続を確立し、微小電流測定のときには、前記第１のトライアキシャルコネクタの芯線が微小電流検出手段の前記第１の入力に接続され、前記バッファアンプにより前記抵抗器の両端のそれぞれの電圧を第１および第２の出力として出力するように接続を確立するものである、接続装置が提供される。
【００２５】
本構成の接続装置は、第１と第２のトライアキシャルコネクタを用いて被測定素子に接続され、第１の同軸コネクタ、第２の同軸コネクタおよび第３のトライアキシャルコネクタにより測定手段に接続される。そして、その測定手段を用いて交流測定、直流電圧電流測定または微少電流測定のいずれの測定を行なうかを外部の制御手段によって切替えることができる。本構成の接続装置は、測定内容により被測定素子と測定手段との接続の構成中に単独で用いられたり、同一の構成の接続装置が被測定素子の複数の測定用電極のそれぞれと測定装置との接続に対になるように用いられることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明を用いると上記従来例よりも測定の利便性を高めながら、上記他の従来例よりも測定精度を増した測定システムを構成することが出来る。また、微少電流検出手段が、ＤＵＴの近傍にあるため、フェムトアンペア以下という非常に微少な電流領域であっても精度よく測定を行なうことができる。
【００２７】
パルスジェネレータと接続する場合においては、パルスジェネレータを使用した測定で、乱れの少ない波形をＤＵＴに印加することが出来る。切替部への電源供給およびコントロールをＳＭＵからおこなうことにより、ＳＭＵによるＤＣ測定とＬＣＲメータによる測定動作を無駄なく切り替えることができ、また、切替機能が微少電流測定機能に悪影響を及ぼさないようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
［基本構成］
図３は本発明において容量測定を行なう場合の実施例の構成を示すブロック図である。図３には、機器ラック２００に搭載されたＳＭＵ２０、ＬＣＲメータ２２、パルス発生器２４を用いて、プローブ装置１００に搭載されてプローブされている被測定素子ＤＵＴ５０の電気特性の測定を行なうブロック構成が示されている。なお、ＤＵＴ５０の端子や機器との接続を区別するために、便宜的に＋側および−側との表現を用いるが、特に電位の高低を意味するものではない。
【００２９】
切替部１２は、ＤＵＴ５０の＋側の接続に用いるアト（アトアンペア）検知ユニット（以下「ＡＳＵ」という）ＡＳＵ１２Ｐと、−側接続に用いるＡＳＵ１２Ｍとを有している。このＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍは、切替を可能にする機能と共に、微少な電流を測定するための機能（微少電流検出手段）を内蔵している。
【００３０】
ＳＭＵ２０は、直流の電圧源、電流源、電圧計、電流計を統合し、任意の組み合わせにより利用できるユニットである。ＳＭＵ２０は、一般には、二つの動作モードを有している。一つは、電圧を印加して電流を測定するモード、電流を印加して電圧を測定するモードである。ＳＭＵ２０は、第１のチャネルと第２のチャネルとを有しており、両チャネルを組合わせることにより測定を行なう。ＳＭＵ２０には、ＡＳＵ１２を制御するためのコントローラ２０２が含まれていても良い。その場合、ＡＳＵ１２Ｐ、１２ＭとＳＭＵ２０のコントローラ２０２とは、ケーブル２１４、２１８によって制御できるように接続されている。ＳＭＵ２０は、ケルビン接続が可能となるよう、第１チャネルおよび第２チャネルの各々に、トライアキシャルケーブルが接続可能なフォース端子と、電流検知ラインを含んだ制御端子との２系統の接続端子を有している。なお、ＳＭＵ２０では、通常はフォース端子とセンス端子を用いて測定を行なうが、本実施の形態においては、センス端子は使用しない。その代わり、ＡＳＵに電源を供給したり制御するための制御端子に電流検知用ラインを含めておき、制御端子を用いて測定を行なう。
【００３１】
ＳＭＵ２０の第１チャネルとＡＳＵ１２Ｐとは、フォース端子がケーブル２１２によって接続され、制御端子がケーブル２１４によって接続されている。また、ＳＭＵ２０の第２チャネルとＡＳＵ１２Ｍとは、フォース端子がケーブル２１６によって接続され、制御端子がケーブル２１８によって接続されている。
【００３２】
ＬＣＲメータ２２は、一般にはインピーダンスを測定することができる測定手段であり、Ｌ（インダクタンス）、Ｃ（容量）、Ｒ（抵抗）を様々な印加波形や条件で測定することができる。すなわち、ＬＣＲメータ２２は、インダクタンス測定手段、容量測定手段、抵抗測定手段となりうる測定手段である。ＬＣＲメータ２２は、＋（Ｈｉｇｈ）側電流ケーブルの２２２、＋（Ｈｉｇｈ）側電圧ケーブルの２２４、−（Ｌｏｗ）側電流ケーブルの２２６、−（Ｌｏｗ）側電圧ケーブルの２２８を用いてＡＳＵ１２Ｐ、ＡＳＵ１２Ｍと接続されている。
【００３３】
パルス発生器２４は、ＤＵＴ５０に印加するための各種パルス電圧を発生し得る手段である。パルス発生器２４は、＋側ケーブル２４Ｐと−側ケーブル２４Ｍを用いてＡＳＵ１２Ｐ、ＡＳＵ１２Ｍと接続されている。
【００３４】
ＤＵＴ５０は、例えば、シリコンウエハーを用いて作製されて、集積回路製造プロセスのプロセス条件の最適プロセスを定めるために用いられるＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）などの素子や、トランジスターなどの半導体素子であるが、これらに限られない。このＤＵＴ５０は、ケーブル３０Ｆ、３０ＳによってＡＳＵ１２Ｐと接続され、ケーブル３２Ｆ、３２ＳによってＡＳＵ１２Ｍと接続されている。
【００３５】
図３に示したように、本実施の形態においては、ＤＵＴ５０のある電気特性を測定する測定手段（ＳＭＵ２０）と、ＤＵＴの他の電気特性を測定する別の測定手段（ＬＣＲメータ２２またはパルス発生器２４）と、制御手段（コントローラ２０２）に接続され、微少電流検出手段を有している切替部１２（ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍ）とが用いられる。そして、この切替部は、これらの測定手段から遠く、ＤＵＴ５０に最も近い位置であるプローブ装置１００に配置されて、ＤＵＴ５０に電気的に接続されている。また、この切替部１２は、ケーブルによって幾つかの測定手段に電気的に接続されていて、測定手段または前記第２の測定手段のいずれと前記被測定素子とが電気的に接続されるかを前記制御手段（コントローラ２０２）からの制御信号に基づいて切り替えるものである。内部に微少電流測定部１２０を有している切替部１２は、プローブ装置１００において接地可能である。
【００３６】
なお、図３には、機器ラック２００に搭載された全ての測定機を、プローブ装置１００により被測定素子に接続する場合を示しているが、本発明においては、後述するように、測定に必要な２つの測定器を被測定素子に接続する場合も含む。即ち、図示した三つの測定器のうち任意の二つの測定器を用いた場合であっても本発明に含まれる。
【００３７】
図４を用いて、切替部１２のＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍの構成を示す。ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍを用いることにより、ＡＳＵの切替動作によって、例えば、（１）ＳＭＵによる電圧および電流の測定、（２）ＬＣＲメータによる容量測定、（３）パルス発生器を用いたパルス測定の切替を行うことが出来る。
【００３８】
ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍは切替機能があり微少電流検出部１２０を有している。この切替機能は、リレースイッチＳ１〜Ｓ８に含まれる各接続片を選択的に開閉することにより実現されている。これらのスイッチの制御は、制御手段２０２（図３）により制御される。図３では、制御信号ラインはＳＭＵ２０から伸びるケーブル２１４と２１８により示されている。コネクタ１２０Ｃは、図示しないが、各スイッチの制御を行なう制御手段２０２とＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍとの制御ラインを接続する。さらに、コネクタ１２０Ｃには、微少電流検出部１２０の出力となり、ＳＭＵ２０に入力されるラインも接続される。図４には、コネクタ１２０Ｃと微少電流検出部１２０を結ぶライン１２０Ｌのみが図示されているが、各スイッチを制御するラインも含まれている。微少電流検出部１２０のこれらのリレースイッチは、測定手段側のコネクタ１２２Ｌ＋、１２２Ｌ−、１２２Ｐ、１２２Ｓ（接続手段）と、ＤＵＴ５０側のコネクタ１２４Ｆ、１２４Ｓと、微少電流検出部１２０と、グランド１２６との間において、導通または絶縁を切り替える。特に、本発明の実施の形態においては、各測定手段の電流帰還ルートも信号経路と同時に切り替えることができる。このように帰還経路を信号経路に随伴させれば、意図した経路に帰還電流を適切に帰還させるものとすることができる。また、微少電流検出部１２０は、微少な電流をセンスする機能を有している。この微少電流検出部１２０には、コネクタ１２４Ｓが接続されない場合に、コネクタ１２２Ｌ＋、１２２Ｌ−に接続される測定手段への帰還経路を形成するための接続端子１２０ａが備えられている。
【００３９】
図４には、図３に示したように３つの測定手段を接続するＡＳＵの構成を示しているが、ＡＳＵに同時に二つの測定手段を接続する場合においては、測定手段側の入力を一部省略することができる。この場合の構成を図１２に示す。図１２においては、図４におけるコネクタ１２２Ｐ、スイッチＳ３、Ｓ４とこれらを結ぶ接続線を用いない構成を示している。この場合には、１２２Ｐ、スイッチＳ３、Ｓ４と同等の機能がコネクタ１２２Ｌ＋または１２２Ｌ−のいずれかとスイッチＳ１とスイッチＳ２とにより実現される。
【００４０】
本発明においては、微少電流測定部１２０を用いるまでも無い程度の大きな電流を測定する場合も測定を行なうことができる。この場合には、ＳＭＵ２０を用いて測定を行なう配線構成とする。微少電流測定部１２０を用いて測定を行なう配線構成とするか、ＳＭＵ２０を用いて測定を行なう配線構成とするかは、スイッチＳ５およびＳ６の開閉により切替えることができる。このＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍの電源の微少電流測定部１２０や各スイッチへの動作電源の供給や、各スイッチの動作のコントロールは、ＳＭＵ２０のコントローラ２０２から行う。
【００４１】
［インピーダンス測定の場合］
図５〜７を用いて、本実施の形態において、ＬＣＲメータ２２およびＳＭＵ２０を用いてインピーダンスを測定する例を示す。図５は回路構成を示し、図６にはＬＣＲメータ２２を用いて測定する場合のＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍの動作が記載されている。また、図７には、ＳＭＵ２０を用いて測定をする動作が記載されている。なお、図１２に示したように、以降の図においては、コネクタ１２２Ｐ、リレースイッチＳ３およびＳ４は省略しているが、これらが含まれていても本実施の形態によりＡＳＵは切替えを行い得る。また、プローブ装置１００、機器ラック２００も省略している。
【００４２】
図５および６に示す本実施の形態においては、Ａｇｉｌｅｎｔ社製Ａｇｉｌｅｎｔ４２８４Ａなどといった４端子対測定を行うＬＣＲメータを用いることができる。ＬＣＲメータ２２には、ＤＵＴのＨｉｇｈ（＋）側コネクタにＡＣ電流信号を供給するためのＨＣ（Ｈｉｇｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）コネクタ２２２Ｃ、ＤＵＴ５０のＨｉｇｈ側コネクタ電圧を観測するＨＰ（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）コネクタ２２４Ｃ、ＤＵＴのＬｏｗ（−）側に接続されてＤＵＴを流れる電流を測定するＬＣ（Ｌｏｗ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）コネクタ２２６Ｃ、ＤＵＴ５０のＬｏｗ側コネクタ電圧をモニタするＬＰ（Ｌｏｗ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）コネクタ２２８Ｃがある。本実施の形態では、これらのコネクタ２２２Ｃ〜２２８Ｃが、ケーブル２２２〜２２８によりＡＳＵ１２Ｐまたは１２Ｍに接続されている。
【００４３】
ＬＣＲメータ２２においては、コネクタ２２２Ｃ〜２２８Ｃのそれぞれに接続されるケーブル２２２〜２２８は、同軸ケーブルを用いることができる。この場合、コネクタ２２２Ｃ〜２２８Ｃのそれぞれの帰還電流は同軸ケーブル２２２〜２２８の外部シールド導体によりＬＣＲメータ２２に戻されるように構成される。このため、中心導体と外部シールド導体には、互いに方向が逆で大きさが等しい電流が流れる。この際、双方の電流によって発生した磁界は打ち消しあうので、導体周囲には磁界が発生しない。つまり、測定信号電流が誘導磁界を発生させないので、ＤＵＴまでの測定経路の自己インダクタンスまたはリード線の相互インダクタンスによって誤差が増加することなく、正確な測定が行える。本実施の形態においても、ケーブル２２２〜２２８は同軸ケーブルとすることができる。なお、ＬＣＲメータ２２においては、ＬＣコネクタ２２６Ｃの中心導体及び外側シールド導体の電圧は、共に、自動ブリッジ回路により接地電位に保たれている。ＬＣＲメータ２２においては、ＨＰコネクタ２２４Ｃで観測されるＤＵＴの端子における電圧と、ＬＣコネクタ２２６Ｃで観測されるＤＵＴ電流との比を求める。これにより、ＤＵＴ５０のインピーダンスを求めることが出来る。
【００４４】
また、ＨＣコネクタ２２２ＣとＨＰコネクタ２２４Ｃのそれぞれの中心導体につながるライン同士、ＬＣコネクタ２２６ＣとＬＰコネクタ２２８Ｃそれぞれの中心導体につながるライン同士の各対を、ＤＵＴ５０の直近においてＤＵＴ５０の＋側および−側のコネクタに接続することにより、ケーブルの抵抗値と測定電流によって発生する電圧降下のもたらす測定誤差を回避することができる（いわゆる４端子対測定）。
【００４５】
次に、本実施の形態において、ＬＣＲメータ２２を用いて測定する場合の電流の経路について図６を用いて説明する。本実施の形態では、ＤＵＴ５０の測定に用いるケーブル３０Ｆ、３０Ｓ、３２Ｆ、３２Ｓはトライアキシャルケーブルであり、３系統の導体が同軸状に構成されたものである。即ち、これらのケーブルでは、中心にある中心導体３０２と、最も外側を筒状に被覆している外部シールド導体３０４のほかに、外部シールド導体の内部で中心導体より外側に、中心導体を被覆するように筒状にガード導体３０６が配置されている。
【００４６】
本実施の形態では、ＡＳＵ１２Ｐおよび１２ＭのスイッチＳ１〜Ｓ８の開閉を、ケーブル２１４および２１８を介し、ＳＭＵの制御手段２０２によって制御する。この際、リレースイッチの開閉の組合わせは、帰還電流がすべてＬＣＲメータに帰るように帰還路を形成するようになっている。即ち、図６のＨＣコネクタ２２２Ｃに接続された同軸ケーブル２２２の中心導体を流れる印加電流は、ＡＳＵ１２Ｐ内でスイッチＳ１およびＳ２の閉じているチャネルを経由して、トライアキシャルケーブル３０Ｆの中心導体３０２に流れる。そして、この電流は、プローブ装置の探針を経由して、ＤＵＴの＋側測定部５０２に印加される。ＨＣコネクタ２２２Ｃへの帰還電流は、ＤＵＴ５０の近傍に配置されたスイッチＳ９を通り、トライアキシャルケーブル３０Ｆのガード導体３０６を経由して戻る。そして、その電流は、閉じているスイッチＳ１のチャネルと同軸ケーブル２２２の外側シールド導体を通り、ＨＣコネクタ２２２Ｃに戻る。ＨＰコネクタ２２４Ｃに接続されたケーブル２２４の中心導体は、スイッチＳ１を通じて同軸ケーブル２２２の中心導体につながる接続経路に電気的に接続されている。また、ＨＰコネクタ２２４Ｃに接続されたケーブル２２４の外部シールド導体は、ＡＳＵ１２Ｐ内部でケーブル２２２の外部シールド導体と電気的に接続されている。このように各スイッチを制御してＬＣＲメータによる測定に適した配線構成とすることにより、ＨＰコネクタ２２２Ｃを用いて精度よく電圧の測定を行なうことができる
【００４７】
ＬＣコネクタ２２６ＣおよびＬＰコネクタ２２８Ｃは、ＡＳＵ１２Ｐと同じ状態にあるＡＳＵ１２Ｍを用いて、ＨＣコネクタ２２２ＣおよびＨＰコネクタ２２４ＣがＤＵＴ５０の＋側測定部およびスイッチＳ９に接続されているのと同様に、ＤＵＴ５０の−側接続部およびスイッチＳ９に接続されている。
【００４８】
このように、ＡＳＵ１２ＰおよびＡＳＵ１２Ｍに接続されている場合の印加電流、帰還電流、電圧測定部位等の経路は、ＬＣＲメータを単独で用いる通常の場合と同様である。特に、図３に示したように、ＡＳＵ１２ＰおよびＡＳＵ１２Ｍをプローブ装置１００に配置している場合には、ＨＣ、ＬＣコネクタ等のＣｕｒｒｅｎｔコネクタと、ＨＰ、ＬＰコネクタ等のＰｏｔｅｎｔｉａｌコネクタの接続点からＤＵＴまでの付加的インピーダンスが、スイッチングマトリックスを使用した図２に示した従来の場合より大幅に低減される。
【００４９】
図６においては、帰還路を確保するために、ケーブル３０Ｆとケーブル３２Ｆのそれぞれの外部導体を、ＤＵＴ５０の直近でスイッチＳ９に接続した。しかし、装置の機械的構成等によりこのような接続が困難であれば、この接続の代わりに、ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍのそれぞれに設けたＢｉｎｄｉｎｇ  Ｐｏｓｔコネクタ１２８Ｐおよび１２８Ｍを相互に接続して帰還路を確保しても良い（鎖線１２８）。このような構成であっても、ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍが共にプローブ装置に配置されていれば、帰還路が信号線に随伴していない部分の長さがスイッチングマトリクスを使用した図２に示す従来の場合に比べて短くなるため、有効である。なお、後述するが、このような接続にした場合、スイッチＳ９の開閉動作をすることなく、容量測定と微少電流測定を切り替えることが可能となる利点もある。
【００５０】
［ＤＣ成分の測定を行なう場合］
図７を用いて、本発明の実施の形態において、ＤＣ成分の測定を行う場合を説明する。この場合、スイッチＳ９は開いている。ＤＣ成分の測定の場合には、ＳＭＵ本体の検出手段を用いる測定と、ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍの微少電流検出部１２を用いる測定とが可能である。
【００５１】
まず、図７により、ＳＭＵ本体の検出手段を用いる測定について説明する。図７はこの測定に用いる接続を示している。図７では、スイッチＳ２は上側接点が開かれて下側接点が閉じられており、スイッチＳ５は上側接点が閉じられ下側接点が開かれている。即ち、スイッチＳ１とスイッチＳ２とを繋ぐ配線を、スイッチＳ２の下側接点に接続され、ガード電位にあるスイッチＳ２の右側端子に電気的に接続する。このようにすると、スイッチＳ１とスイッチＳ２とを繋ぐ配線と被測定端子とが同電位になり、スイッチＳ１とスイッチＳ２とを繋ぐ配線がフローティングされて電位がふらついたり、そのふらつきによる上側接点を通じたリーク電流がもたらす誤差を減少させることができる。ＳＭＵ２０は、第１および第２のチャネルを用いて、電圧をＤＵＴに印加して電流を測定したり、電流をＤＵＴに流して電圧を測定したりすることができる。ＳＭＵ２０の第１チャネルのフォースコネクタには、トライアキシャルケーブル２１２が接続されている。トライアキシャルケーブル２１２の中心導体２１２２は、ＤＵＴ５０に電圧や電流を印加したり流すための信号を伝える。この信号は、ＡＳＵ１２Ｐ内のスイッチＳ５およびＳ６を通り、ケーブル３０Ｆの中心導体３０２を通って、ＤＵＴ５０の＋側端子に伝えられる。トライアキシャルケーブル２１２のガード導体２１２６は、スイッチＳ７を介してトライアキシャルケーブル３０Ｆのガード導体３０６と電気的に接続されており、ケーブルに起因する漏れ電流を低減することができる。また、ケーブル３０Ｆの中心導体３０４のＤＵＴ５０側には、センス信号線がノード５０２において接続されている。このノード５０２におけるセンスの信号は、トライアキシャルケーブル３０Ｓを伝わる。トライアキシャルケーブル３０Ｓは、ガード導体が、トライアキシャルケーブル２１２のガード導体２１２６にスイッチＳ７を介して電気的に接続されており、漏れ電流による電圧低下が生じないように構成されている。
【００５２】
次に、微少電流検出部１２０を用いる測定について説明する。この場合、図７において、スイッチＳ５の上側接点を開き、下側接点を閉じる。ケーブル２１４は、ＳＭＵの第１チャネルにある制御コネクタと接続されている。この制御コネクタは、例えばＤ−ｓｕｂなどの汎用の制御および通信用コネクターを用いて作製されている。この制御コネクタには、その中の配線に電流検知ラインが備えられている。電流検知ラインは、ＳＭＵ２０の各チャネルのセンス端子の代わりに、センス信号を受け取り、電流や電圧の測定に用いられる。この電流検知ラインは、ＡＳＵ１２Ｐ内の微少電流検知部１２０に接続されている。
【００５３】
微少電流検知部は、図８に示したように、第１のバッファアンプ１２１０および１２１２と、第２のバッファアンプ１２０２とを有している。なお、第１のバッファアンプとして１２１０および１２１２の二つのバッファアンプが、測定レンジを変更するためにスイッチＳ１０により切替え可能であるように構成されている。動作上は、いずれかのバッファアンプがあればよい。図８には、バッファアンプ１２１０を使用する測定レンジを選択した場合の各リレーの接続が示されている。ＳＭＵ２０（図示しない）からケーブル２１４あるいは２１８を介して、端子１２１４にフォース電圧が印加され、これが測定レンジに応じたバッファアンプ（１２０４あるいは１２０６）を介して、ＤＵＴ５０側のコネクタ１２４Ｆの芯線に伝達される。バッファアンプ１２０４および１２０６とＤＵＴ側フォース端子の間には、測定レンジごとに抵抗値が既知の超高抵抗１２０４Ｒおよび１２０６Ｒが直列に挿入されている。インピーダンス１２０８の抵抗値は、超高抵抗１２０４Ｒ、１２０６Ｒに比べて低いが、バッファ１２０２の入力につながれているので、電流はほとんど流れない。従って、ＤＵＴ５０側のコネクタ１２４Ｆの芯線を介して流れる微少電流は超高抵抗１２０４Ｒまたは１２０６Ｒを流れる。このとき、電圧降下を生じる超高抵抗１２０４Ｒまたは１２０６Ｒの抵抗値は非常に高いので、アトアンペアレベルの微小電流であっても測定可能な電圧降下を生じる。微少電流検知部１２０は、バッファアンプ１２０４および１２０６の出力にそれぞれ接続された第１のバッファアンプ１２１０および１２１２と、第２のバッファ１２０２とを用いて、この超高抵抗１２０４Ｒまたは１２０６Ｒの両端の電圧をケーブル２１４あるいは２１８に伝達する。このように、微小電流検出部１２０は、抵抗値が既知の超高抵抗１２０４Ｒまたは１２０６Ｒの両端の電圧をＳＭＵ２０で測定するように構成されているので、ＤＵＴ５０の近くで精度よく微少電流の測定が可能となる。なお、バッファアンプ１２０２の出力電圧は、ケーブル２１４または２１８を介してＳＭＵ２０に伝達され、コネクタ１２４Ｆでの電圧が所望の値になるように、ＳＭＵ２０が端子１２１４に電圧を与える際の制御にも使われる。
【００５４】
図８において、スイッチＳ６の上側接点と超高抵抗１２０４Ｒまたは１２０６ＲとスイッチＳ５の上側接点を繋ぐ配線（第１の入力）と、スイッチＳ５の下側接点とバッファアンプ１２０２の−側入力を繋ぐ配線（第２の入力）とが、微少電流検知部１２０の入力となる。また、ケーブル２１４、２１８の一部としてバッファアンプ１２０２の出力を伝える配線（第１の出力）と、第1のバッファアンプ１２１０および１２１２の出力をスイッチS１０により切替えて出力する配線（第２の出力）とが微少電流検知部１２０の出力となる。
【００５５】
［高速パルスをＤＵＴに供給する場合］
本発明を用いると、容量測定と高精度のＤＣ測定とが両立されるが、さらに、パルス発生器を用いる場合にも有効である。図９により、パルス発生器を用いた場合の構成について説明する。
【００５６】
図９において、パルスジェネレータ２４は、第１のチャネル２４１および第２のチャネル２４２を有している。同軸ケーブル２４Ｐおよび２４Ｍにより、ＡＳＵ１２Ｐおよび１２Ｍそれぞれの測定手段側のコネクタ１２２Ｌ＋に接続されている。パルスジェネレータの第１チャネル４１の信号の伝達について説明する。ＡＳＵ１２Ｐの内部では、ケーブル２４Ｐの中心導体は、スイッチＳ１およびＳ２を介してトライアキシャルケーブル３０Ｆの中心導体へ電気的に接続される。また、同軸ケーブル２４Ｐの外側シールド導体は、スイッチＳ１を介してトライアキシャルケーブル３０Ｆのガード導体に電気的に接続される。これにより、高速パルスをＤＵＴ５０の＋側へ供給する経路においても、帰還路が確保されている。帰還路を確保するための接続は、スイッチＳ１およびＳ２をＳＭＵ２０の制御手段２０２により制御して開閉することにより実現される。これにより、周波数帯による帰還路の長さの違いが無くなる。従来は、表皮効果により、高周波成分が信号線に対応する同軸ケーブルの外側シールド導体を通じて帰り、低周波成分とは異なる経路を通っており、波形の乱れの原因となっていた。
【００５７】
パルスジェネレータ２４を用いた場合であっても、単にスイッチを制御するだけでＤＣ測定のための経路に切り替えることが可能となる。この切替は、例えば、ＳＭＵ２０の制御手段２０２によりスイッチＳ２の上側チャネルを開き、スイッチＳ６の全てのチャネルとスイッチＳ５の上側チャネルとを閉じることにより実現される。この場合には、前述のＤＣ成分の測定の場合と同様に、ＳＭＵ２０本体により電流を検知したり、微小電流検知部１２０により電流を検知することができる。
【００５８】
なお、図４にはパルス発生器用のコネクタ１２２ＰやスイッチＳ３およびＳ４が記載されているが、このコネクタは、電気的に１２２Ｌ＋と電気的に等価な構成であることが明らかであるので、ここではコネクタ１２２Ｌ＋の記載により示しているが、パルス発生器用のコネクタ１２２ＰやスイッチＳ３およびＳ４を用いても同様の構成が可能である。以上、パルスジェネレータ２４の第１のチャネル２４１、ＡＳＵ１２Ｐを用いて説明を行なったが、ＡＳＵ１２Ｐと同様に動作するＡＳＵ１２Ｍとケーブル２４Ｍとを用いて、パルス発生器の第２チャネルによりＤＵＴ５０の−側にも高速パルスを印加することができる。
【００５９】
［単独のチャネルで高速パルスをＤＵＴに供給する構成］
図１０に、プローブ装置１００を用いてＤＵＴ５０の３つのコネクタをプローブしながら、パルス発生器２４の第１のチャネルのみを用いてＤＵＴ５０にパルスを印加し、ＳＭＵ２０を用いて測定を行なう場合の構成を示す。ここでは、ＤＵＴ５０がＩＧＦＥＴである場合を例として説明する。ＳＭＵ２０の第１チャネルは、ここでは、ＡＳＵ１２Ｐを制御する働きをする。このため、ケーブル２１４はＡＳＵ１２Ｐを制御するために接続されている。
【００６０】
同軸ケーブル２４Ｐの中心導体は、一方がパルスジェネレータ２４のあるチャネルの信号ラインに接続され、もう一方はＡＳＵ１２Ｐのコネクタ１２２Ｌ＋、スイッチＳ１、Ｓ２を介してトライアキシャルケーブル３０Ｆの中心導体３０２に電気的に接続されている。トライアキシャルケーブル３０Ｆの中心導体３０２は、ＤＵＴ５０の＋側にあるゲート電極に電気的に接続されている。同軸ケーブル２４Ｐの外側シールド導体は、一方がパルスジェネレータ２４のあるチャネルのコモンラインに接続され、もう一方はＡＳＵ１２Ｐの端子１２２Ｌ＋、スイッチＳ１を介してトライアキシャルケーブル３０Ｆのガード導体３０６に電気的に接続されている。トライアキシャルケーブル３０Ｆのガード導体３０６は、閉じられているスイッチＳ９を介して、ＤＵＴ５０の−側にあるソース電極に電気的に接続されている。ＳＭＵ２０の第２チャネルに接続されたトライアキシャルケーブル２１６は、ＤＵＴ５０の−側ドレイン電極に電気的に接続されている。このように接続すると、パルス発生器２４の第１のチャネル２４１のみを用いてＤＵＴ５０にパルスを印加し、ＳＭＵ２０を用いて測定を行なうことができる。
【００６１】
この場合であっても、図７を用いて説明したように、ＳＭＵ２０を用いてＤＣ成分の測定を行うことが可能である。この場合、ＳＭＵ２０の制御手段２０２によって、図１０の構成におけるスイッチＳ１およびＳ２を全て開き、スイッチＳ５およびＳ６を閉じ、スイッチＳ９を開くように制御する。この場合、図１０においては、ＤＵＴ５０のソース電極は測定の対象とならず、＋側のゲート電極および−側のドレイン電極間の測定を行なうこととなるが、いずれの測定端子をプローブするかは適宜選択可能である。図７の場合と同様、ＳＭＵ２０の検出手段を用いる測定と、ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍの微少電流検出部１２を用いる測定との両方の測定が可能である。
【００６２】
［プリアンプを使用する測定］
次に、本発明において、プリアンプを用いる接続装置の実施の形態を図１１を用いて説明する。本実施の形態においては、前記第１の測定手段への電流または電圧信号を増幅するプリアンプ６００、６０１を有している。このプリアンプ６００、６０１は、増幅器等により電流を増幅するものや、電圧を増幅するものとすることができる。プリアンプ６００、６０１は、それぞれ切替手段１２Ｐ、１２Ｍに接続されている。本実施の形態は、プリアンプ６００、６０１に接続され、ＤＵＴ５０の第１の電気特性を測定する第１の測定手段（例えば、ＳＭＵ２０）に接続するようにされたコネクター（第１の接続手段）６０２と、切替手段１２に接続され、被測定素子５０の第２の電気特性を測定する第２の測定手段（例えば、ＬＣＲメータ２２）に接続するようにされたコネクター（第２の接続手段）６０４とを備えている。切替手段１２は、制御手段２０２からの前記切替信号に基づいて、コネクタ６０２またはコネクタ６０４のいずれとＤＵＴ５０とが電気的に接続されるかを切替ることができる。
【００６３】
以上のように、いくつかの例示的な実施形態が本発明に関して詳細に説明された。当業者には、本発明の新規な開示および効果から実質的に離れることなくこれら実施形態を様々に改良することが可能であることが分るであろう。したがって、そのような改良も全て本発明の範囲に含められるべきことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の半導体素子特性測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】スイッチングマトリクスを用いた従来の半導体素子特性測定装置の構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施の形態における半導体素子特性測定装置の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施の形態における切替手段の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態におけるＬＣＲメータとＳＭＵを用いた場合の測定装置および接続装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の実施の形態におけるＬＣＲメータによる測定を行なう場合の測定装置および接続装置における接続状態を示すブロック図。
【図７】本発明の実施の形態におけるＳＭＵによる測定を行なう場合の測定装置および接続装置における接続状態を示すブロック図。
【図８】本発明の実施の形態の切替手段における微少電流検知部の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の実施の形態におけるパルスジェネレータを用いて測定を行なう場合の測定装置および接続装置における接続状態を示すブロック図。
【図１０】本発明の実施の形態におけるパルスジェネレータを用いて、単一のチャネルにより測定を行なう場合の測定装置および接続装置における接続状態を示すブロック図。
【図１１】本発明のプリアンプを用いる接続装置の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図１２】本発明の実施の形態における切替手段の他の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６５】
２０  ＳＭＵ
２０２  制御手段
２１２〜２１８  ケーブル
２２  ＬＣＲメータ
２２２〜２２８  ケーブル
２２２Ｃ〜２２８Ｃ  コネクタ
１２  切替部
１２Ｐ、１２Ｍ  ＡＳＵ
１２０  微少電流検出部
１２２Ｌ＋、１２２Ｌ−、１２２Ｐ、１２２Ｓ  測定手段側のコネクタ
Ｓ１〜Ｓ８、S１０  リレースイッチ
Ｓ９  スイッチ
１２４Ｆ、Ｓ  ＤＵＴ側コネクタ
１２６  グランド
１２０４、１２０６  バッファアンプ
１２１０、１２１２  第１のバッファアンプ
１２０２  第２のバッファアンプ
１２０８インピーダンス
３０Ｆ、３０Ｓ、３２Ｆ、３２Ｓ  ケーブル
３０２  中心導体
３０４  外側シールド導体
３０６  ガード導体
５０  被測定素子（ＤＵＴ）
６００、６０１  プリアンプ
６０２、６０４  コネクター
１００  プローブ装置
２００  機器ラック  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月11日(2005.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
ＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍは切替機能があり微少電流検出部１２０を有している。この切替機能は、リレースイッチＳ１〜Ｓ８に含まれる各接続片を選択的に開閉することにより実現されている。これらのスイッチの制御は、制御手段２０２（図３）により制御される。図３では、制御信号ラインはＳＭＵ２０から伸びるケーブル２１４と２１８により示されている。コネクタ１２０Ｃは、図示しないが、各スイッチの制御を行なう制御手段２０２とＡＳＵ１２Ｐ、１２Ｍとの制御ラインを接続する。さらに、コネクタ１２０Ｃには、微少電流検出部１２０の出力となり、ＳＭＵ２０に入力されるラインも接続される。図４には、コネクタ１２０Ｃと微少電流検出部１２０を結ぶライン１２０Ｌのみが図示されているが、各スイッチを制御するラインも含まれている。ＡＳＵ１２Ｐおよび１２Ｍのこれらのリレースイッチは、測定手段側のコネクタ１２２Ｌ＋、１２２Ｌ−、１２２Ｐ、１２２Ｓ（接続手段）と、ＤＵＴ５０側のコネクタ１２４Ｆ、１２４Ｓと、微少電流検出部１２０と、グランド１２６との間において、導通または絶縁を切り替える。特に、本発明の実施の形態においては、各測定手段の電流帰還ルートも信号経路と同時に切り替えることができる。このように帰還経路を信号経路に随伴させれば、意図した経路に帰還電流を適切に帰還させるものとすることができる。また、微少電流検出部１２０は、微少な電流をセンスする機能を有している。この微少電流検出部１２０には、コネクタ１２４Ｓが接続されない場合に、コネクタ１２２Ｌ＋、１２２Ｌ−に接続される測定手段への帰還経路を形成するための接続端子１２０ａが備えられている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図８において、スイッチＳ６の上側接点と超高抵抗１２０４Ｒまたは１２０６ＲとスイッチＳ５の上側接点を繋ぐ配線（第１の入力）と、スイッチＳ６の下側接点とバッファアンプ１２０２の＋側入力を繋ぐ配線（第２の入力）とが、微少電流検知部１２０の入力となる。また、ケーブル２１４、２１８の一部としてバッファアンプ１２０２の出力を伝える配線（第１の出力）と、第1のバッファアンプ１２１０および１２１２の出力をスイッチS１０により切替えて出力する配線（第２の出力）とが微少電流検知部１２０の出力となる。